Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Проектирование и расчет крановых металлических конструкций

Покупка
Артикул: 798580.01.99
Доступ онлайн
550 ₽
В корзину
В пособии рассмотрены основные положения расчета и проектирования металлических конструкций мостовых кранов на основе действующей нормативно-технической документации: основные положения по выбору расчетных случаев нагружения конструкций, методы расчета; выбор конструкционных материалов; расчеты необходимых размеров конструкции с учетом их оптимизации, основные принципы конструирования мостов и их элементов. Дана методика выполнения курсовой работы по дисциплине «Проектирование металлоконструкций подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин». Предназначено для студентов всех форм обучения направления 23.03.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы», учебные планы которых предусматривают практические занятия и выполнение курсовой работы по дисциплинам «Строительная механика подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин» и «Проектирование металлоконструкций подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин».
Жегульский, В. П. Проектирование и расчет крановых металлических конструкций : учебное пособие / В. П. Жегульский, В. И. Миронов, О. А. Лукашук ; под общ. ред. канд. техн. наук, доц. О. А. Лукашук ; Мин-во науки и высш. образования РФ. - Екатеринбург : Изд-во Уральского ун-та, 2019. - 184 с. - ISBN 978-5-7996-2771-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1923156 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Министерство науки и высшего образования  
Российской Федерации 

Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

В. П. Жегульский, В. И. Миронов, О. А. Лукашук 

Проектирование и расчет  
крановых металлических  
конструкций 

Учебное пособие 

Под общей редакцией кандидата технических наук,  
доцента О. А. Лукашук

Рекомендовано методическоим советом  
Уральского федерального университета  
для студентов вуза, обучающихся  
по направлению подготовки 23.03.02 — Наземные  
транспортно-технологические комплексы 

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2019 

УДК 621.874(075.8) 
ББК 39.9-02я73 
          Ж46 

Рецензенты:
кафедра горных машин и комплексов Уральского государственного 
горного университета (завкафедрой проф., д-р техн. наук Н. М. Суслов);
проф., д-р техн. наук И. Г. Емельянов, главный научный сотрудник 
Институт машиноведения Уральского отделения Российской акаде-
мии наук (ИМАШ УрО РАН) 

На обложке использовано изображение с сайта https://is.gd/WMB0T8

Ж46
Жегульский, В. П.
Проектирование и расчет крановых металлических конструк-
ций : учебное пособие / В. П. Жегульский, В. И. Миронов, 
О. А. Лукашук ; под общ. ред. канд. техн. наук, доц. О. А. Лука-
шук ; Мин-во науки и высш. образования РФ. — Екатеринбург :  
Изд.-во Урал. ун-та, 2019. — 184 с.
ISBN 978-5-7996-2771-3

В пособии рассмотрены основные положения расчета и проектирования метал-
лических конструкций мостовых кранов на основе действующей нормативно-тех-
нической документации: основные положения по выбору расчетных случаев нагру-
жения конструкций, методы расчета; выбор конструкционных материалов; расчеты 
необходимых размеров конструкции с учетом их оптимизации, основные принципы 
конструирования мостов и их элементов. Дана методика выполнения курсовой ра-
боты по дисциплине «Проектирование металлоконструкций подъемно-транспорт-
ных, строительных и дорожных машин».
Предназначено для студентов всех форм обучения направления 23.03.02 «На-
земные транспортно-технологические комплексы», учебные планы которых пред-
усматривают практические занятия и выполнение курсовой работы по дисципли-
нам «Строительная механика подъемно-транспортных, строительных и дорожных 
машин» и «Проектирование металлоконструкций подъемно-транспортных, строи-
тельных и дорожных машин».
Библиогр.: 24 назв. Табл. 35. Рис. 76. Прил. 2.
УДК 621.874(075.8) 
ББК 39.9-02я73

ISBN 978-5-7996-2771-3
© Уральский федеральный 
     университет, 2019

Введение 

Г

рузоподъемные машины — высокоэффективное средство ком-
плексной механизации и автоматизации подъемно-транспорт-
ных, погрузочно-разгрузочных и складских (ПРТС) работ.
Применение таких машин уменьшает объем использования тяже-
лых ручных операций и способствует резкому повышению произво-
дительности труда.
Работоспособность, надежность и безопасность эксплуатации гру-
зоподъемных кранов во многом зависят от качества исполнения их 
несущих металлоконструкций. В связи с этим к крановым металло-
конструкциям предъявляются определенные требования: прочность, 
общая и местная устойчивость их элементов, статическая и динами-
ческая жесткость, выносливость и вместе с тем минимально возмож-
ная масса, высокая технологичность изготовления, ограниченные га-
бариты и др. Выполнение этих требований должно обеспечиваться 
на стадии проектирования.
Пособие создано с учетом существенных изменений, произошед-
ших за последние годы в нормативно-технической литературе, посвя-
щенной вопросам расчета и проектирования грузоподъемных кранов. 
В работу включены также материалы научных разработок последне-
го времени, не отраженные в ранее выпущенных изданиях. Указан-
ное позволит студентам, обучающимся на специальности «Подъем-
но-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», 
ознакомиться с уточненными методами расчета и проектирования ме-
таллических конструкций мостовых кранов и в процессе выполнения 
курсовой работы по дисциплине «Строительная механика и метал-
лические конструкции» приобрести практические навыки расчетно-
проектных работ, связанных с металлическими конструкциями гру-
зоподъемных кранов.

1. Основные  положения расчета 

1. Основные  
положения расчета 

В 

процессе эксплуатации кран испытывает различные воздей-
ствия: силовые нагрузки (весовые, динамические, ветровые 
и др.) в различных сочетаниях. При любом сочетании этих 
воздействий металлоконструкция должна сохранять работоспособ-
ность, обеспечивающую безопасность эксплуатации крана, т. е. на-
пряжения, действующие в элементах конструкций, не должны пре-
вышать допустимый уровень их несущей способности.
Основополагающим документом по расчетам несущей способности 
является ГОСТ 28609–90 «Краны грузоподъемные. Основные поло-
жения расчета» [4]. Этот стандарт регламентирует рассмотрение рас-
четных ситуаций, величин и комбинаций расчетных нагрузок, приме-
нение определенных методов расчета.

1.1. Расчетные ситуации 

При расчете крана следует учитывать следующие расчетные ситу-
ации:
— установившуюся, имеющую продолжительность того же порядка, 
что и срок службы крана или отдельных его элементов до спи-
сания или капитального ремонта (если он планируется);
— переходную, имеющую небольшую продолжительность по сравне-
нию со сроком службы крана (транспортировка, монтаж и т. п.);
— аварийную, характеризующуюся малыми продолжительностью 
и вероятностью появления.

1.2. Расчетные нагрузки 

Указанные ситуации определяют выбор соответствующих расчет-
ных схем и условий нагружения их элементов, а также видов предель-
ных состояний и других показателей, определяющих несущую способ-
ность и работоспособность конструкции.

1.2. Расчетные нагрузки 

Вне зависимости от принятого метода расчета необходимо учиты-
вать нагрузки следующих видов:
— систематические, действующие при условиях, определенных экс-
плуатационной документацией, как то: силы тяжести элементов 
крана и поднимаемого груза, динамические нагрузки, а также 
нагрузки, возникающие при выполнении краном каких-либо 
специальных технологических операций;
— случайные, обусловленные метеорологическими факторами ра-
бочего состояния, для мостовых кранов — нагрузки от переко- 
са и др.;
— исключительные — ветровые нагрузки нерабочего состояния, ис-
пытательные, сейсмические нагрузки и т. п.;
— прочие — нагрузки, возникающие в процессе транспортировки 
и монтажа крана.
При выполнении расчетов для каждого расчетного случая состав-
ляются расчетные комбинации нагрузок, регламентируемые норма-
ми расчета соответствующего типа крана и технологией его работы.
Нагрузки подразделяются на нормативные и расчетные.
Нормативные нагрузки задаются техническим заданием на про-
ектирование, например, грузоподъемность крана, весовые нагрузки 
принятые по аналогии с ранее выполненными конструкциями, а так-
же принимаемые по спецификациям, справочной литературе и т. д.
Расчетные нагрузки назначаются с учетом возможного отклонения, 
как правило, в сторону увеличения:

 
P = PН gf,  
(1.1) 

где P — расчетная нагрузка; PН — нормативная нагрузка; gf — коэффи-
циент надежности по нагрузке, принимаемый по нормативам на про-
ектирование.

1. Основные положения расчета  

1.3. Комбинации нагрузок 

Комбинации нормативных и расчетных нагрузок, рекомендуемые 
ВНИИПТМАШ [13, 18], приведены в табл. 1.1.
Обозначения в табл. 1.1 следующие.
I, II, III — расчетные случаи нагружения:
I — расчет на действие нормальных эксплуатационных нагрузок: ра-
бота с эквивалентными грузами (как правило, меньше номинальной 
грузоподъемности и с учетом распределения масс грузов по количе-
ству циклов). Данная комбинация используется при расчетах на вы-
носливость;
II — расчет на действие максимальных рабочих нагрузок. Комбина-
ция рассматривается при проектных и проверочных расчетах на проч-
ность и устойчивость;
III — расчет на действие нерабочих нагрузок (ураганного ветра, ава-
рийных нагрузок и др.). Учет ветрового давления производится при 
пролете крана свыше 32 м.
Буквы А, Б, В, Г означают комбинации при различных сочетани-
ях работы крана:
А — кран и тележка неподвижны, производится ускоренный подъем 
(или торможение при опускании) груза. Комбинация нагрузок приме-
няется для проектного или проверочного расчета главных балок мо-
ста в средней части пролета;
Б — разгон (торможение) крана при расположении тележки с гру-
зом в середине пролета при совместном действии вертикальных и го-
ризонтальных нагрузок;
В — движение крана при расположении тележки с грузом у конце-
вой балки. Комбинация используется для проверки прочности опор-
ного сечения пролетной балки, концевой балки и узла сопряжения 
балок при совместном действии вертикальных нагрузок и горизон-
тальной силы перекоса;
Г — положение тележки с номинальным грузом в средней части про-
лета. Комбинация используется для проектного и проверочного расче-
та статической жесткости крана в вертикальной плоскости, в том чис-
ле и при действии испытательного груза. В последнем случае расчеты 
проводятся на действие испытательного груза GИСП. По правилам Ро-
стехнадзора [14] GИСП = 1,25GН.

1.4. Методы расчета 

Таблица 1.1
Комбинации нагрузок мостовых кранов общего назначения

Нормативные нагрузки
Комбинации расчетных нагрузок

Виды нагрузок
Обо-
зна-
чения
I А
I Б
II А
II Б
II В
II Г III

Вес металличес-
кой конструкции 
крана с учетом ко-
эффициента толч-
ков КТ

GМК
GМК
KMKQGМ gМGМК gМКТGМК gМGМК –
GМК

Вес оборудования 
на конструкции
Gi
gGGi
gGGi
gGGi
gGGi
gGGi
–
Gi

Вес тележки
GT
GT
GT
gТGТ
gТGТ
gТGТ
GТ
GТ
Вес груза GГ, вклю-
чая грузо-захват 
с учетом динами-
ческих коэффици-
ентов ψI и ψII

GГ
ψIgГGГ
gГGГ
ψIIgГGГ
gГGГ
gГGГ
GН
–

Горизонтальные 
силы инерции
PИ
–
PИ
–
PИ
–
–
–

Сила перекоса при 
движении крана
PПЕР
–
–
–
–
PПЕР
–
–

Давление ветра
PВЕТ
–
–
PВЕТ
PВЕТ
–
–
PВЕТ

1.4. Методы расчета 

В соответствии с ГОСТ 28609–90 расчеты металлоконструкций гру-
зоподъемных кранов должны производиться преимущественно по ме-
тоду предельных состояний.
Под предельным состоянием металлоконструкций понимается до-
стижение неработоспособного состояния вследствие недопустимых 
дефектов, препятствующих безопасности эксплуатации, а восстанов-

1. Основные положения расчета  

ление работоспособности или технически невозможно, или экономи-
чески нецелесообразно.
Для крановых металлоконструкций установлено два предельных 
состояния.
Первое предельное состояние — потеря несущей способности по ус-
ловиям:
— разрушения (хрупкого, вязкого, усталостного) элемента или со-
единения конструкции;
— достижения состояния, при котором дальнейшее увеличение на-
грузок приведет к переходу конструкции или ее элемента в из-
меняемую систему (например, вследствие потери устойчивости 
формы или достижения напряжениями в отдельных зонах сече-
ния предела текучести).
Основная расчетная зависимость при проверочных расчетах:

 
S a
g
g
i
i
fi
d

P
R
Н
Ф
Ј
,  
(1.2) 

при проектных расчетах 

 
Ф
Н
і Sa
g

g

i
i
fi

d

P

R
,  
(1.3) 

где PНi — нормативные значения внешних нагрузок для принятого 
расчетного случая; αi — усилие (момент) в рассчитываемом элемен-
те (сечении) при Pi = 1; gfi — коэффициенты надежности по нагрузке 
(коэффициенты перегрузки), учитывающие возможность отклоне-
ния действительной величины нагрузки от ее нормативного значения; 
Ф — геометрический фактор, зависящий от вида деформации элемен-
та (площадь поперечного сечения, момент сопротивления и др.); R — 
расчетное сопротивление материала при данном виде деформации; 
gd — коэффициент неполноты расчета, учитывающий: степень ответ-
ственности рассчитываемого элемента, зависящую от возможных по-
следствий его разрушения; отклонение фактических геометрических 
размеров конструкции от проектных; качество изготовления конструк-
ций; несовершенства расчета, связанные с неточностью расчетных 
схем, неполнотой принятых методов расчета.
В общем случае коэффициент gd рассчитывается следующим образом:

 
gd = g1 g2 g3,  
(1.4) 

1.4. Методы расчета 

здесь g1 — коэффициент, учитывающий ответственность рассчитыва-
емого элемента, т. е. возможные последствия от его разрушения.
Обычно различают следующие случаи последствий [5]:
— разрушение не вызывает прекращение работы крана;
— разрушение вызывает остановку крана без повреждения или с по-
вреждением остальных элементов;
— разрушение элемента вызывает разрушение крана.
Рекомендации по выбору величины коэффициента (g1=1,0…0,75) 
приведены в [22].
g2 — коэффициент, учитывающий отклонения в геометрических 
размерах конструкции и качестве соединения элементов.
Можно принимать g2 = 0,90…0,95 для заводских соединений  
и g2 = 0,80…0,75 для монтажных и ремонтных соединений.
g3 — коэффициент, назначаемый в зависимости от неточности рас-
четных схем и неполноты принятых методов расчета. Максимальное 
значение коэффициента не может превышать g3 = 1,00.
Второе предельное состояние — потеря несущей способности по ус-
ловиям:
— возникновения деформаций, препятствующих нормальной экс-
плуатации крана при сохранении несущей способности по ус-
ловиям первого предельного состояния;
— возникновения длительных незатухающих колебаний, препят-
ствующих достижению необходимой точности работы (для мон-
тажных кранов) и оказывающих неблагоприятные воздействия 
на машиниста крана.
Расчетные зависимости второго предельного состояния:

 
SP
C
f
i =
ПРЕД ;  
(1.5) 

 
t
t
З
ПРЕД
Ј
,  
(1.6) 

где SРi  — расчетная комбинация нормативных нагрузок (gf = 1,0); С — 
коэффициент жесткости конструкции; tЗ — фактическое (расчетное) 
время затухания колебаний конструкции после подъема груза; fПРЕД 
и tПРЕД — предельные величины упругого прогиба и времени затуха-
ния колебаний.
Величина fПРЕД регламентируется нормами расчета и проектирова-
ния в зависимости от типа крана [13, 18].

Доступ онлайн
550 ₽
В корзину